1
ASPECTOS ELÉTRICOS DA
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
Objetivo geral: criar mecanismo que motive os
proprietários das fontes poluidoras (em propriedades
rurais, agroindústria e esgotos domésticos) a gerar
energia elétrica aproveitando o potencial energético
contido nos dejetos que está sendo desperdiçado –
Geração Distribuída.
Objetivo específico: eliminar as barreiras de
natureza elétrica que existem e impedem que este
objetivo geral seja atingido
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
COMO SE DÁ O PROCESSO?

Dejetos de animais geram biogás na ausência do ar;
• Biogás produzido move motor a combustão;
• Motor aciona um gerador;
• Gerador acoplado ao eixo do motor gera energia elétrica;
• Gerador opera em paralelo com a rede elétrica da concessionária;
• Energia elétrica é consumida localmente;
• Excedente de energia elétrica vendida à concessionária; e
• Biofertilizante é utilizado localmente na propriedade.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
MODOS DE OPERAÇÃO DO GERADOR
• Isolado do sistema da Copel para auto-suprimento da
energia: sem dificuldades, não há qualquer restrição.
Há inúmeras instalações operando desta forma no país.
• Em paralelo com o sistema da Copel, para venda dos
excedentes: há restrições de toda natureza, a
começar
pela
segurança
que
resultam
em
impedimento real.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
Este impedimento prático atual é que se pretende
eliminar:
•
Dentro da legalidade;
•
Com sustentabilidade financeira;
•
Sem subsídios; e
•
De forma definitiva.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
A REALIDADE BRASILEIRA:
• A complexidade do setor elétrico brasileiro é grande:
torna-se complicado e caro para que um gerador possa
operar em paralelo com a rede elétrica;
• Para estes micro-geradores a biogás (25 a 100 kVA) os
requisitos legalmente exigidos (iguais para todos) na
prática inviabilizam tal operação em paralelo;
• Se hoje existe no Brasil algum gerador deste porte
operando em paralelo com a rede elétrica ele o faz
ou com prejuízo financeiro ou de forma irregular;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
DESAFIOS:
• Permitir conectar os micro-geradores em qualquer ponto
da rede de distribuição sem provocar violação dos
requisitos de segurança da Copel;
• Eliminar riscos de
proprietários rurais;
avaria
dos
equipamentos
dos
• Não alteração das características e ajustes do sistema de
distribuição da Copel;
• Sistema de proteção do gerador adequado para
“enxergar” também condições anormais (faltas) de
operação da rede de distribuição;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
DESAFIOS:
• Maior redução possível dos investimentos para permitir
viabilidade econômica e auto-sustentabilidade do
programa de geração distribuída;
• Simplificação dos requisitos de conexão desses microgeradores à rede; e
• Simplificação dos requisitos para comercialização da
energia excedente.
• Preço justo para compra da energia elétrica excedente.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
AQUI SERÃO ABORDADOS APENAS OS ASPECTOS
ELÉTRICOS
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
PREMISSAS BÁSICAS:
•
Geradores não podem, NUNCA, injetar tensão
em rede de distribuição da Copel que esteja
desligada;
•
Se uma rede de distribuição é automaticamente
desligada o GD a ela conectado tem que ser
desconectado ANTES que tal rede seja religada;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 1: os sistemas elétricos e os microgeradores
são
estudados
com
grande
detalhamento e sofisticação técnica para
avaliação completa do desempenho frente às
mais diversas condições de operação da rede.
Sistemas de proteção são também modelados;
Caso 7: Tensão nos geradores de 100kVA
250,0
Caso 7: Corrente nos geradores de 100kVA
2500
187,5
1600
125,0
700
62,5
0,0
-200
-62,5
-1100
-125,0
-187,5
-250,0
0,00
-2000
0,00
0,05
0,10
(f ile Uiv PL-7.pl4; x-v ar t) v :VT1A
v :VT1B
v :VT1C
factors:
1
1
1
1
offsets:
0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00
0,15
m:SUBTA1
100
0,00E+00
0,20
m:SUBTB1
120
0,00E+00
0,25
m:SUBTC1
140
0,00E+00
[s]
0,30
0,05
0,10
(f ile Uiv PL-7.pl4; x-v ar t) c:VT1A -GE1A
factors:
1
1
offsets:
0,00E+00 0,00E+00
m:SOC1C
2200
0,00E+00
0,15
c:VT1B -GE1B
1
0,00E+00
0,20
c:VT1C -GE1C
1
0,00E+00
0,25
m:SOC1A
2000
0,00E+00
[s]
m:SOC1B
2100
0,00E+00
0,30
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ESQUEMA DE PROTEÇÃO
Y
Rede Copel
Y
Transf. Copel 34,5/0,22kV
Consumidor
Disj. Termomagnético
kW
Contactor c/bob. comando
e contatos de status
Cargas
Abertura e fechamento
KC
Status contactor
relés externos
78TX
0,22kV
KG
Status contactor
25
32
46
78
51
Relés do gerador
27
59
81o
81u
Relés da rede
27
Y
Abertura e fechamento
59
78
81o
81u
CONTROLADOR DIGITAL
ATUAÇÃO OU NÃO DAS PROTEÇÕES DO GERADOR PARA OS GERADORES DE 100kVA NA
SIMULAÇÃO
RESULTADOS
DE ESTUDOS
CASO
59
27
df/dt
81
sobre
81 sub
78 s.v.
Ifase
(1)
Ides/I
2
(2)
Total de
atuaçõe
s
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
1-Falta fase-terra em
Medianeira
N
N
S
S
N
S
N
N
S
S
S
N
S
N
N
N
4
3
2-Falta fase-faseterra em Medianeira
N
N
S
S
S
S
N
N
S
S
S
N
S
N
N
N
5
3
3-Falta trifásicaterra em Medianeira
N
N
S
S
S
S
N
N
S
S
N
N
N
N
N
N
3
3
4-Abertura de duas
fases em Medianeira
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
S
-
N
-
5
5-Abertura de uma
fase em Medianeira
-
N
-
S
-
S
-
N
-
N
-
N
-
N
-
N
-
2
6-Falta fase-terra em
Itaipulândia
S
N
S
S
N
S
N
N
N
S
S
N
S
N
N
N
4
3
7-Falta fase-faseterra em
Itaipulândia
S
N
S
S
S
S
N
N
S
S
N
N
S
N
N
N
5
3
8-Falta trifásicaterra em
Itaipulândia
N
N
S
S
S
S
N
N
S
S
N
N
N
N
N
N
3
3
9-Abertura de uma
fase em Itaipulândia
-
N
-
S
-
N
-
N
-
N
-
N
-
N
-
N
-
1
10-Abertura de duas
fases em Itaipuândia
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
S
-
N
-
5
11-Falta fase-terra
em al. Adjacente
N
-
S
-
S
-
S
-
S
-
S
-
S
-
N
-
6
-
12-Falta fase-faseterra em al. adjac.
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
S
-
N
-
5
-
13-Falta trif-terra
em al. Adjacente
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
N
-
N
-
N
-
3
-
14- Ab religador,
sem falta, em Missal
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
N
N
-
4
-
15- Falta Fase-Terra
Med, Rf=100ohms
N
N
N
S
N
S
N
N
N
S
N
S
N
N
N
N
0
4
16-Carga 942 kVA,
ab do rel Med
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
N
-
N
-
4
16a- Ger 50% da
carga ab Med
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
N
-
N
-
4
-
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 2: definidos os requisitos elétricos,
especificações e requisitos de projetos;
ETAPA 3: aquisição do sistema de comando,
proteção, supervisão, etc;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 4: ensaios de laboratório do sistema
adquirido;
RESULTADOS DE ENSAIOS DE LABORATÓRIO
CASO
SIMULAÇÃO 1
(msegundos)
SIMULAÇÃO 2
(msegundos)
SIMULAÇÃO 3
(msegundos)
SIMULAÇÃO 4
(msegundos)
Caso 1
87
103
92
65
Caso 2
91
94
84
89
Caso 3
88
94
85
94
Caso 4
82
87
85
90
Caso 5
90
90
96
96
Caso 6
93
80
91
112
Caso 7
87
87
88
75
Caso 7A
85
85
88
64
Caso 8
89
89
85
81
Caso 8A
102
82
84
69
Caso 9
106
106
89
100
Caso 10
107
81
94
75
Caso 11
100
81
87
98
Caso 12
95
76
96
84
Caso 13
88
96
94
73
Caso 14
102
100
95
73
Caso 15
144
107
113
54
Caso 16
185
175
66
76
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 5: elaboração e aprovação do projeto;
ETAPA 6: instalação e comissionamento;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 6: ensaios de campo;
3.1 RESULTADO DO ENSAIO 1
1- SISTEMA: Colocar o grupo gerador em paralelo com a rede de distribuição da COPEL.
1.1 AÇÃO: Desligar a rede. Através da abertura manual do religador de trecho RA São Vicente, deve ser realizada uma abertura trifásica, o religador
deverá estar com o religamento bloqueado.
1.2 Resultado esperado: Deve ocorrer a atuação das proteções no disjuntor do gerador, provocando sua saída de operação.
Ocorreu a abertura do contactor KG_52a por atuação do rele salto de vetor, com tempo de atuação de 76 mseg.
Para melhor visualização foi dado um zoom no oscilograma acima. Veja a figura abaixo.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 7: operação em caráter experimental; e
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 8: operação comercial.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
O SISTEMA DE PROTEÇÃO:
•
Não existe uma única solução, há várias
soluções possíveis. A alternativa adotada é a
mais econômica que atende todos os requisitos
e premissas estabelecidos;
•
O requisito de detectar condições de defeito na
rede externa à instalação do cliente é muito
severa e, portanto, NÃO SE CONSEGUE
SELETIVIDADE DE ATUAÇÃO DA PROTEÇÃO;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ESQUEMA DE PROTEÇÃO
Y
Rede Copel
Y
Transf. Copel 34,5/0,22kV
Consumidor
Disj. Termomagnético
kW
Contactor c/bob. comando
e contatos de status
Cargas
Abertura e fechamento
KC
Status contactor
relés externos
78TX
0,22kV
KG
Status contactor
25
32
46
78
51
Relés do gerador
27
59
81o
81u
Relés da rede
27
Y
Abertura e fechamento
59
78
81o
81u
CONTROLADOR DIGITAL
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
O SISTEMA DE PROTEÇÃO (cont.):
•
Admitiu-se que há coordenação deste sistema
quando os resultados das simulações e dos
ensaios de laboratorio mostrarem que o gerador
é desligado pelo menos 0,3s antes de haver
religamento do circuito desligado;
•
A redundância de atuação da proteção é
necessária: admitiu-se que há necessidade de
redundância de atuação de pelo menos 3
proteções para cada evento nos estudos e nos
ensaios de laboratório.
ATUAÇÃO OU NÃO DAS PROTEÇÕES DO GERADOR PARA OS GERADORES DE 100kVA NA
SIMULAÇÃO
RESULTADOS
DE ESTUDOS
CASO
59
27
df/dt
81
sobre
81 sub
78 s.v.
Ifase
(1)
Ides/I
2
(2)
Total de
atuaçõe
s
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
1-Falta fase-terra em
Medianeira
N
N
S
S
N
S
N
N
S
S
S
N
S
N
N
N
4
3
2-Falta fase-faseterra em Medianeira
N
N
S
S
S
S
N
N
S
S
S
N
S
N
N
N
5
3
3-Falta trifásicaterra em Medianeira
N
N
S
S
S
S
N
N
S
S
N
N
N
N
N
N
3
3
4-Abertura de duas
fases em Medianeira
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
S
-
N
-
5
5-Abertura de uma
fase em Medianeira
-
N
-
S
-
S
-
N
-
N
-
N
-
N
-
N
-
2
6-Falta fase-terra em
Itaipulândia
S
N
S
S
N
S
N
N
N
S
S
N
S
N
N
N
4
3
7-Falta fase-faseterra em
Itaipulândia
S
N
S
S
S
S
N
N
S
S
N
N
S
N
N
N
5
3
8-Falta trifásicaterra em
Itaipulândia
N
N
S
S
S
S
N
N
S
S
N
N
N
N
N
N
3
3
9-Abertura de uma
fase em Itaipulândia
-
N
-
S
-
N
-
N
-
N
-
N
-
N
-
N
-
1
10-Abertura de duas
fases em Itaipuândia
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
S
-
N
-
5
11-Falta fase-terra
em al. Adjacente
N
-
S
-
S
-
S
-
S
-
S
-
S
-
N
-
6
-
12-Falta fase-faseterra em al. adjac.
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
S
-
N
-
5
-
13-Falta trif-terra
em al. Adjacente
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
N
-
N
-
N
-
3
-
14- Ab religador,
sem falta, em Missal
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
N
N
-
4
-
15- Falta Fase-Terra
Med, Rf=100ohms
N
N
N
S
N
S
N
N
N
S
N
S
N
N
N
N
0
4
16-Carga 942 kVA,
ab do rel Med
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
N
-
N
-
4
16a- Ger 50% da
carga ab Med
-
N
-
S
-
S
-
N
-
S
-
S
-
N
-
N
-
4
-
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
CONCLUSÃO:
Confirmada a necessidade das seguintes proteções:
•Sobrecorrente;
•Subtensão;
•Sobretensão;
•Subfreqüência;
•Sobrefreqüência;
•Desbalanço de corrente;
•Salto de vetor;
•Taxa de variação de freqüência; e
•Reversão de potência ativa
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
RECOMENDAÇÕES PRELIMINARES:

Em princípio, não permitir que a GD seja superior a 50%
da carga mínima a jusante do respectivo religador;
•
Caso a condição anterior seja superada, instalar nos
religadores esquema para evitar religamento em condição
de linha viva;
•
Analisar outras formas alternativas de baixo custo para
envio de sinal via PLC (power line carrier communication);
•
Pesquisar formas alternativas de baixo custo para forçar
o desligamento de contactores/disjuntores dos
geradores sempre que se mostrar necessário;
•
Revisar dos procedimentos de intervenção do pessoal da
Copel e de terceiros na rede de distribuição.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
SITUAÇÃO PRESENTE:
• Uma instalação em operação comercial;
• Três instalações em operação experimental;
• Uma instalação em construção; e
• Uma instalação em projeto.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
PRÓXIMAS ETAPAS:
• Elaboração de um “Guia de Conexão de Geradores Distribuídos ao
Sistema da Copel”;
• Elaboração de normas internas à Copel para acomodação de um
futuro Programa de GD permenente;
• Definição de requisitos para certificação de agentes prestadores do
serviço de habilitação de geradores para conexão ao sistema da
Copel;
• Relatório de “fechamento” do Programa Piloto.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
OBRIGADO
31